概述
IGBT及其應(yīng)用發(fā)展
IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)是電力控制和電力轉(zhuǎn)換的核心器件,是由BJT(雙極型晶體管)和MOS(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件,具有高輸入阻抗、低導(dǎo)通壓降、高速開關(guān)特性和低導(dǎo)通狀態(tài)損耗等特點(diǎn),在較高頻率的大、中功率應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。
圖1:IGBT模塊外觀
圖2:IGBT結(jié)構(gòu)與等效電路圖
目前IGBT已經(jīng)能夠覆蓋從600V—6500V的電壓范圍，應(yīng)用涵蓋從工業(yè)電源、變頻器、新能源汽車、新能源發(fā)電到軌道交通、國(guó)家電網(wǎng)等一系列領(lǐng)域。
圖3∶IGBT應(yīng)用領(lǐng)域
圖4:IGBT在不同領(lǐng)域的應(yīng)用
要測(cè)試參數(shù)
近年來(lái)IGBT成為電力電子領(lǐng)域中尤為矚目的電力電子器件,并得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,那么IGBT的測(cè)試就變的尤為重要了。lGBT的測(cè)試包括靜態(tài)參數(shù)測(cè)試、動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試、功率循環(huán)、HTRB可靠性測(cè)試等,這些測(cè)試中最基本的測(cè)試就是靜態(tài)參數(shù)測(cè)試。
IGBT靜態(tài)參數(shù)主要包含:柵極-發(fā)射極閾值電壓VGE(th)、柵極-發(fā)射極漏電流lGEs、集電極-發(fā)射極截止電流lcEs、集電極-發(fā)射極飽和電壓VcE(sat)、續(xù)流二極管壓降VF、輸入電容Ciss、輸出電容Coss、反向傳輸電容Crsso只有保證IGBT的靜態(tài)參數(shù)沒(méi)有問(wèn)題的情況下,才進(jìn)行像動(dòng)態(tài)參數(shù)(開關(guān)時(shí)間、開關(guān)損耗、續(xù)流二極管的反向恢復(fù))、功率循環(huán)、HTRB可靠性方面進(jìn)行測(cè)試。
IGBT功率半導(dǎo)體器件測(cè)試難點(diǎn)
IGBT是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件,兼有高輸入阻抗和低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn);同時(shí)IGBT芯片屬于電力電子芯片,需要工作在大電流、高電壓、高頻率的環(huán)境下,對(duì)芯片的可靠性要求較高。這給IGBT測(cè)試帶來(lái)了一定的困難:
1、IGBT是多端口器件,需要多種儀表協(xié)同測(cè)試;2、IGBT的漏電流越小越好,需要高精度的設(shè)備進(jìn)行測(cè)試;
3、IGBT的電流輸出能力很強(qiáng),測(cè)試時(shí)需要快速注入1000安級(jí)電流,并完成壓降的采樣;
4、lGBT耐壓較高,一般從幾千到一萬(wàn)伏不等,需要測(cè)量?jī)x器具備高壓輸出和高壓下納安級(jí)漏電流測(cè)試的能力;
5、由于IGBT工作在強(qiáng)電流下,自加熱效應(yīng)明顯，嚴(yán)重時(shí)容易造成器件燒毀,需要提供us級(jí)電流脈沖信號(hào)減少器件自加熱效應(yīng);
6、輸入輸出電容對(duì)器件的開關(guān)性能影響很大,不同電壓下器件等效結(jié)電容不同,C-V測(cè)試十分有必要。
普賽斯IGBT二極管參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)解決方案
普賽斯IGBT功率器件靜態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng),集多種測(cè)量和分析功能一體,可以精準(zhǔn)測(cè)量IGBT功率半導(dǎo)體器件的靜態(tài)參數(shù),具有高電壓和大電流特性、uQ級(jí)精確測(cè)量、納安級(jí)電流測(cè)量能力等特點(diǎn)。支持高壓模式下測(cè)量功率器件結(jié)電容,如輸入電容、輸出電容、反向傳輸電容等。
圖5:IGBT測(cè)試系統(tǒng)圖
普賽斯IGBT功率器件靜態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)配置由多種測(cè)量單元模塊組成,系統(tǒng)模塊化的設(shè)計(jì)能夠極大方便用戶添加或升級(jí)測(cè)量模塊,適應(yīng)測(cè)量功率器件不斷變化的需求。
“雙高”系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)
高電壓、大電流
具有高電壓測(cè)量/輸出能力,電壓高達(dá)3500V(最大可擴(kuò)展至10kV)
具有大電流測(cè)量/輸出能力,電流高達(dá)4000A(多模塊并聯(lián))
高精度測(cè)量
納安漏電流, μΩ級(jí)導(dǎo)通電阻
0.1%精度測(cè)量
模塊化配置
可根據(jù)實(shí)際測(cè)試需要靈活配置多種測(cè)量單元系統(tǒng)預(yù)留升級(jí)空間,后期可添加或升級(jí)測(cè)量單元
測(cè)試效率高
內(nèi)置專用開關(guān)矩陣,根據(jù)測(cè)試項(xiàng)目自動(dòng)切換電路與測(cè)量單元
支持國(guó)標(biāo)全指標(biāo)的一鍵測(cè)試
擴(kuò)展性好
支持常溫及高溫測(cè)試可靈活定制各種夾具
“魔方”式的系統(tǒng)組成
普賽斯IGBT功率器件靜態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng),主要由測(cè)試儀表、上位機(jī)軟件、電腦、矩陣開關(guān)、夾具、高壓及大電流信號(hào)線等構(gòu)成。整套系統(tǒng)采用普賽斯自主開發(fā)的靜態(tài)測(cè)試主機(jī),內(nèi)置多種電壓、電流等級(jí)的測(cè)量單元。結(jié)合自主開發(fā)的上位機(jī)軟件控制測(cè)試主機(jī),可根據(jù)測(cè)試項(xiàng)目需要,選擇不同的電壓、電流等級(jí),以滿足不同測(cè)試需求。
系統(tǒng)主機(jī)的測(cè)量單元,主要包括普賽斯P系列高精度臺(tái)式脈沖源表、HCPL系列高電流脈沖電源、E系列高壓源測(cè)單元、C-V測(cè)量單元等。其中,P系列高精度臺(tái)式脈沖源表用于柵極驅(qū)動(dòng)與測(cè)試使用,最大支持30V@10A脈沖輸出與測(cè)試;HCPL系列高電流脈沖電源用于集電極、發(fā)射極之間電流測(cè)試及續(xù)流二極管的測(cè)試,15us的超快電流上升沿,自帶電壓采樣,單設(shè)備支持最大1000A脈沖電流輸出;E系列高壓源測(cè)單元用于集電極、發(fā)射極之間電壓、漏電流測(cè)試,最高支持3500V電壓輸出,并且自帶電流測(cè)量功能。系統(tǒng)的電壓、電流測(cè)量單元,均采用多量程設(shè)計(jì),精度為0.1%。
國(guó)標(biāo)全指標(biāo)的“一鍵”測(cè)試項(xiàng)目
普賽斯現(xiàn)在可以提供完整的IGBT芯片和模塊參數(shù)的測(cè)試方法,可以輕松實(shí)現(xiàn)靜態(tài)參數(shù)l-V和C-V的測(cè)試，最終輸出產(chǎn)品Datasheet報(bào)告。這些方法同樣適用于寬禁帶半導(dǎo)體SiC和GaN功率器件。
IGBT靜態(tài)測(cè)試夾具方案
針對(duì)市面上不同封裝類型的IGBT產(chǎn)品,普賽斯提供整套夾具解決方案,可用于TO單管、半橋模組等產(chǎn)品的測(cè)試。
總結(jié)
普賽斯以自主研發(fā)為導(dǎo)向,深耕半導(dǎo)體測(cè)試領(lǐng)域，在I-V測(cè)試上積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),先后推出了直流源表、脈沖源表、高電流脈沖源表、高電壓源測(cè)單元等測(cè)試設(shè)備,廣泛應(yīng)用于高校研究所、實(shí)驗(yàn)室、新能源、光伏、風(fēng)電、軌交、變頻器等場(chǎng)景。IGBT二極管參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)認(rèn)準(zhǔn)生產(chǎn)廠家武漢普賽斯儀表！
